Forscher der Cornell University haben eine neue Version einer Mikrobe entwickelt, die mit E. coli – einem Bakterium, das aufgrund seiner Fähigkeit zur Proteinsynthese häufig als Forschungsinstrument eingesetzt wird – wirtschaftlich konkurrieren soll, um kostengünstige und skalierbare synthetische biologische Experimente durchzuführen.
Als kostengünstiger Multiplikator – ähnlich wie ein Fotokopierer in einem Reagenzglas – könnte das Bakterium Vibrio natriegens Laboren dabei helfen, Proteinvarianten für die Herstellung von Arzneimitteln, synthetischen Kraftstoffen und nachhaltigen Verbindungen zur Bekämpfung von Unkraut oder Schädlingen zu testen. Die Mikrobe kann ohne kostspielige Inkubatoren, Schüttler oder Tiefkühlschränke effektiv arbeiten und kann innerhalb weniger Stunden entwickelt werden.
Die Forschung wurde am 13. Februar veröffentlicht PNAS-Nexus.
„Es ist wirklich einfach herzustellen“, sagte Hauptautor David Specht, Postdoktorand im Labor von Buz Barstow, Assistenzprofessor für Bio- und Umweltingenieurwesen.
Um Proteine zur Entwicklung medizinischer Heilmittel oder zur Herstellung von Kraftstoffen zu untersuchen, verwenden Forscher ein Plasmid (ein kleines Stück DNA), das als Bedienungsanleitung dient, um die molekulare Maschine – ein Protein – von Interesse zu machen. Wenn Forscher derzeit ein Plasmid in E. coli einbringen, können sie viele Kopien erstellen, um mehrere Varianten zu testen.
E. coli-Zellen helfen Molekularbiologen bei der Vermehrung und Manipulation von Plasmiden für das Protein-Engineering, aber der Prozess ist teuer, da sie die Bakterien oft von Herstellern kaufen, sie kühl halten und Räume mit teurer Ausrüstung unterhalten müssen, um sie aufrechtzuerhalten. Ein zu diesem Zweck verwendeter modifizierter E. coli ist ebenfalls sehr fragil.
„Als Wissenschaftler wissen wir oft nicht genau, wie diese regulatorischen oder molekularen Sequenzen aussehen sollten, um unsere Ziele zu erreichen“, sagte Barstow. „Wir müssen also viele Varianten testen, und Vibrio natriegens ermöglicht es Forschern, diesen Testprozess auszuweiten.“
Die Mikrobe V. natriegens sei nicht kompliziert, sagte Specht. „Es ist so einfach herzustellen, dass jemand mit begrenzten Ressourcen – etwa High-School-Labore, Heimerfinder oder Startup-Bio-Unternehmen – es schaffen kann“, sagte er.
Der Forscher Timothy Sheppard verglich die Einfachheit von V. natriegens bei der Durchführung synthetischer und molekularer Experimente mit der Verwendung eines einfachen, Hunderte Jahre alten Schreibgeräts. „Wir haben den Bleistift der Natur zum Klonen und zur Durchführung synthetischer Biologie gefunden“, sagte er.
Das Verfahren ist bei V. natriegens kostengünstig, da keine Anschaffung von Kapitalausrüstung erforderlich ist und es bei Raumtemperatur durchgeführt werden kann. Die aus V. natriegens produzierten Zellen wachsen schnell: Laut der Arbeit führt eine um 9 Uhr morgens begonnene Transformation um 17 Uhr zu sichtbaren Kolonien, die jeweils mit Massen von Proteinen gefüllt sind.
„Die Mikrobe ist eine radikal einfache Lösung für ein schwieriges Problem“, sagte Barstow.
Mehr Informationen:
Effiziente natürliche Plasmidtransformation von Vibrio natriegens ermöglicht kapitalfreie Molekularbiologie, PNAS-Nexus (2024). DOI: 10.1093/pnasnexus/pgad444